Обложка Буров В.А., Румянцева О.Д. Обратные волновые задачи акустической томографии: Обратные задачи излучения в акустике
Id: 264252
999 руб.

Обратные волновые задачи акустической томографии:
Обратные задачи излучения в акустике Ч.1. Изд. 3, стереотип.

URSS. 2021. 384 с. ISBN 978-5-9710-7920-0.
  • Твердый переплет

Аннотация

В книге рассматриваются обратные волновые задачи и их прикладные аспекты, связанные с современным состоянием научной мысли в области линейной и нелинейной акустической томографии, а также акустической термотомографии. Подытоживаются основные результаты исследований, выполненных в лаборатории обратных задач на кафедре акустики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова в течение нескольких последних десятилетий....(Подробнее) Книга разделена на четыре части, в определенной мере взаимосвязанные между собой. В каждой из частей излагаются теоретические аспекты проблемы, а также обсуждаются перспективы прикладного применения.

В части 1 кратко рассматриваются обратные когерентные задачи излучения, которым присуща некорректность и сильнейшая степень неединственности. Излагаются различные подходы к решению обратных волновых задач излучения и некогерентных задач активно-пассивной акустической термотомографии. Показывается, что активно-пассивный режим позволяет определять совокупность акустических и термических характеристик среды в рамках общей томографической схемы.


Оглавление
Предисловие
Список основных обозначений и символов
Введение
Соотношения для описания волновых процессов
Список литературы к введению
ЧАСТЬ I. ОБРАТНЫЕ ЗАДАЧИ ИЗЛУЧЕНИЯ В АКУСТИКЕ
Глава 1.Обратные задачи когерентного монохроматического излучения
Раздел 1. 1. Неизлучающие источники. Неединственность решения обратной задачи излучения
Раздел 1. 2. Устранение неединственности решения за счет априорной информации
Раздел 1. 3. Обращение волнового фронта как метод решения обратной задачи излучения
Глава 2.Обратные волновые задачи некогерентного излучения. Акустическая термотомография
Раздел 2. 1. Узкополосные некогерентные источники
 § 2.1.1.Оценка источников в координатном представлении
 § 2.1.2.Оценка источников в пространственно-спектральном представлении
Раздел 2. 2. Активно-пассивный режим корреляционной акустической термотомографии
 § 2.2.1.Прикладные возможности акустической термотомографии
 § 2.2.2.Корреляционные свойства термоакустического излучения тонкого поглощающего слоя. Механизм компенсации теплового излучения поглощающего слоя
 § 2.2.3.Влияние неоднородностей фазовой скорости в среде
 § 2.2.4.Корреляционные свойства термоакустического излучения неоднородной среды
 § 2.2.5.Схема активно-пассивного акустического термотомографирования неравномерно нагретой неоднородной среды. Влияние ошибок измерений и точности осуществления операций алгоритма
Раздел 2. 3. Процессы активно-пассивной акустической термотомографии при изотропном и анизотропном фоновом излучении
 § 2.3.1.Корреляционные свойства термоакустического излучения тонкого рефракционно-поглощающего слоя при анизотропном фоновом излучении
 § 2.3.2.Экспериментальное моделирование процессов термотомографирования
Глава 3.Оценки максимального правдоподобия в многоканальных системах корреляционной акустической термотомографии
Раздел 3. 1. Многоканальное корреляционное томографирование
Раздел 3. 2. Общие соотношения для оценок максимального правдоподобия
Раздел 3. 3. Достижимая точность и разрешающая способность
Раздел 3. 4. Итерационный метод решения ММП-системы. Количество вычислительных операций
Раздел 3. 5. Численное моделирование
 § 3.5.1.Результаты восстановления пространственного распределения термоакустических источников в узкополосном и широкополосном режимах
 § 3.5.2.Иллюстрация взаимосвязи температурной чувствительности и разрешающей способности
Глава 4.Корреляционная акустическая термотомография при фокусировке теплового излучения и анизотропной подсветке
Раздел 4. 1. Предварительная фокусировка в приемных корреляционных системах
 § 4.1.1.Схема фокусировки
 § 4.1.2.Управляемая анизотропная подсветка в режиме разностных задержек
Раздел 4. 2. Фокусирующая термоакустическая система на зеркалах. Экспериментальное моделирование
Раздел 4. 3. Параллельное восстановление акустических и температурных характеристик объекта
 § 4.3.1.Неоднородность с малыми волновыми размерами
 § 4.3.2.Особенности процесса восстановления в фокусирующих и кольцевых схемах
 § 4.3.3.Итерационное уточнение температуры, скорости звука и поглощения
Список литературы к части I
Предметный указатель к введению и части I

Предисловие
Предисловие Валентин Андреевич Буров (30.05.1934 – 20.07.2014) закончил физический факультет МГУ в 1958 году и был оставлен в аспирантуре. После окончания аспирантуры в 1961 году был принят младшим научным сотрудником на кафедру акустики, где работал до конца своих дней. Здесь он защитил кандидатскую, а затем докторскую диссертацию, создал прекрасную лабораторию, сформировал коллектив талантливых молодых ученых, стал профессором (1993 год). Глубокие знания теоретической физики и математики, мастерское владение экспериментальными методами сочетались у него с широким научным кругозором и постоянным интересом к новым направлениям современной физики, включая космологию и квантовую теорию поля. Отец В. А. Бурова – Андрей Константинович Буров – был выдающимся архитектором и инженером, членом корреспондентом Академии архитектуры.

Он построил ряд замечательных зданий в центре Москвы, изобрел армированные стеклопластики, новые строительные материалы. Был одним из основоположников индустриального панельного домостроительства. Задолго до появления лазеров создал оптические волокна и предложил использовать их для кодирования и передачи изображений. В начале 1950х годов по постановлению Политбюро, подписанному Сталиным, приступил к созданию закрытой Лаборатории анизотропных структур (ЛАС), задачей которой было использование мощного ультразвука для лечения онкологических заболеваний.

В лаборатории работали выдающиеся ученые физики – В. А. Красильников, Л. K. Зарембо, С. А. Ахманов. Эксперименты с животными вели Г. Д. Aндреевская и Н. П. Дмитриева. Клинические испытания проводились Н. Н. Блохиным в Институте экспериментальной патологии и терапии рака (впоследствии реорганизованном в Онкологический Центр). Были получены важнейшие медикобиологические результаты. Попутно наблюдались генерация гармоник, нелинейное насыщение и тепловая самофокусировка, а также плавление и кипение парафина и плексигласа. Значительно позднее эти эксперименты повторили в МГУ и в Акустическом институте.

Таким образом, ЛАС была мировой “колыбелью” как медицинской акустики, так и нелинейной акустики конденсированных сред. Юный В. А. Буров принимал в работе ЛАС самое активное участие. Инженерный гений отца, безусловно, отразился на всем жизненном пути Валентина Андреевича. Его научный руководитель, профессор В. А. Красильников, не раз говорил, что среди его учеников немало лауреатов Государственных премий, есть члены Академии наук, крупные руководители. Однако В. А. Буров, безусловно, самый талантливый из них. В. А. Красильников поражался эрудиции и разносторонним способностям своего ученика. В. А. Буров мог сконструировать и своими руками спаять уникальное бортовое устройство для обработки гидроакустических сигналов. С другой стороны, он был способен проделать сложнейшие вычисления, изобрести новые компьютерные коды и даже публиковать работы по фундаментальным проблемам современной физики.

Таким образом, В. А. Буров сочетал таланты физика теоретика, экспериментатора и инженера. О качестве кандидатской диссертации свидетельствует оценка В. А. Красильниковым одной из ее частей, которую в своем последнем обзоре в Акустическом журнале В. А. Красильников отнес к числу лучших своих работ. “Используя широкополосный метод, была получена так называемая пилообразная форма волны. Эта работа была проделана совместно с моим тогда студентом дипломником В. А. Буровым”. Это (В. А. Буров, В. А. Красильников. Непосредственное наблюдение искажения формы интенсивных ультразвуковых волн в жидкостях // Докл. АН СССР. 1958. Т. 118. № 5. С. 920–923) – основополагающая работа по нелинейной акустике!О качестве докторской диссертации свидетельствует история ее защиты. В. А. Буров упорно не хотел ее представлять в течение примерно 10 лет, несмотря на требования руководства. Его критерии были чрезвычайно высокими. В. А. Буров считал, что лишь соединение его инженерных, прикладных, фундаментальных и компьютерных результатов сделает качество диссертации приемлемым. В результате, руководство пошло на беспрецедентный шаг в истории физического факультета. Был создан совет для разовой защиты, которая, разумеется, прошла блестяще.

Научная работа В. А. Бурова связана в основном с тремя областями. Это – нелинейная акустика, гидроакустика и теория обратных задач. Им выполнен ряд основополагающих экспериментов по нелинейной и физической акустике. Среди них – наблюдение пилообразных волн в жидкости (1958 г.), расщепление линии Мёссбауэра в олове (1962 г.). С группой сотрудников В. А. Буров в полной мере освоил морской эксперимент, а теоретические идеи В. А. Бурова нашли важные практические применения. В 1980 году за эти работы он был удостоен Государственной премии СССР.

В. А. Буров является признанным специалистом в области решения обратных акустических задач. Здесь основное направление его исследоПредисловие 9ваний связано с решением актуальных проблем акустической диагностики: медицинской томографии, дефектоскопии материалов, океанологии. Им опубликовано свыше 230 работ в ведущих отечественных и зарубежных журналах. Он – автор трех учебных пособий, 11 авторских свидетельств и трех патентов по разработке линейного и нелинейного ультразвуковых медицинских томографов, предназначенных для диагностики рака молочной железы на ранней стадии его развития. В. А. Буров – прекрасный лектор, педагог “от Бога”. Он читал основные курсы кафедры: “Акустика океана”, “Статистическая гидроакустика”, “Обратные волновые задачи акустики”, “Методы обработки сигналов и полей”. В. А. Буров очень много сил уделял индивидуальной работе со студентами и аспирантами. Под его руководством защищено более 130 дипломных работ, подготовлены 22 кандидата наук. Среди его учеников много докторов наук и руководителей организаций. В 2007 году В. А. Бурову присвоено почетное звание “Заслуженный профессор Московского университета”. Валентин Андреевич был не только одним из “столпов”кафедры акустики МГУ, но и ее душой. Его глубину как ученого и его удивительные человеческие качества ценили все, кто с ним хоть как то пересекался. Редкий, талантливейший и удивительно добрый человек. Один профессор МГУ, оценивая интеллект Валентина Андреевича, говорил о нем так: наше Национальное Достояние. Точнее не скажешь. (Вышеприведенный текст Предисловия процитирован из “Акустического журнала”, 2014, том 60, № 6, с. 703–704).

В книге “Обратные волновые задачи акустической томографии” рассматриваются обратные волновые задачи и их прикладные аспекты, связанные с линейной и нелинейной акустической томографией, а также с акустической термотомографией. Подытоживаются основные результаты исследований, выполненных в лаборатории обратных задач на кафедре акустики Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова в течение нескольких последних десятилетий. Книга разделена на четыре части, в определенной мере взаимосвязанные между собой. В каждой из частей излагаются теоретические аспекты проблемы, а также обсуждаются перспективы прикладного применения.

В части I “Обратные задачи излучения в акустике” кратко рассматриваются обратные когерентные задачи излучения, которым присуща некорректность и сильнейшая степень не единственности. Излагаются различные подходы к решению обратных волновых задач излучения и некогерентных задач активно-пассивной акустической термотомографии. Показывается, что активно-пассивный режим позволяет определять совокупность акустических и термических характеристик среды в рамках общей томографической схемы.

Часть II “Обратные задачи акустического рассеяния” посвящена обратным задачам акустического рассеяния, как в приближении однократного рассеяния, так и с учетом перерассеяний. Помимо общей теории, затрагиваются вопросы единственности и устойчивости решения обратной задачи рассеяния. Большое внимание уделяется обсуждению прикладных возможностей акустических томографических систем, разработанных в последние годы.

В части III “Томография пространственного распределения акустических нелинейных параметров второго и третьего порядков” излагаются оригинальные методы, предназначенные для другого типа томографии – активной томографии акустических нелинейных параметров сред (прежде всего, биологических), и предлагаются достаточно перспективные подходы к их практической реализации. Возможность томографии данного типа обеспечивается уже при малом количестве преобразователей за счет использования сложных рассеянных сигналов, порожденных нелинейным взаимодействием двух или трех первичных кодированных волн.

Применению строгих методов функционального анализа для решения акустических обратных задач рассеяния и впервые полученным при этом результатам модельных исследований посвящена часть IV “Функционально-аналитические методы решения многомерной акустической обратной задачи рассеяния”. Эти исследования опираются на результаты, полученные ранее в области решения обратных задач рассеяния квантованных полей на потенциалах, хорошо локализованных в пространстве.


Об авторах
Буров Валентин Андреевич
Доктор физико-математических наук, заслуженный профессор Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова. Окончил физический факультет МГУ по специальности «физика» (1958) и аспирантуру физического факультета МГУ (1961). Был оставлен на кафедре акустики физического факультета МГУ, где проработал всю жизнь. Научная работа В. А. Бурова относится в основном к трем крупным областям современной физики: нелинейной акустике, гидроакустике и обратным волновым задачам. Им выполнен ряд основополагающих экспериментов по нелинейной и физической акустике; с группой сотрудников в полной мере освоен морской эксперимент. Теоретические идеи В. А. Бурова нашли важное практическое применение; за эти работы он удостоен Государственной премии СССР (1980).

В. А. Буров — признанный специалист в области решения обратных акустических задач, в том числе прикладных задач акустической диагностики: медицинской томографии, дефектоскопии материалов, океанологии. Глубокие знания фундаментальных основ теоретической физики и математики, мастерское владение экспериментальными методами сочетались у него с широким научным кругозором и интересом к новым направлениям современной физики, включая космологию и квантовую теорию. В. А. Буровым опубликовано свыше 260 работ в ведущих отечественных и зарубежных журналах. Он является автором двух учебных пособий, 11 авторских свидетельств и трех патентов по разработке линейного и нелинейного ультразвуковых медицинских томографов, предназначенных для диагностики рака молочной железы на самой ранней стадии его развития. Под его руководством защищено более 130 дипломных работ и подготовлены 22 кандидата наук.

Румянцева Ольга Дмитриевна
Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры акустики физического факультета МГУ имени М. В. Ломоносова. После окончания кафедры акустики МГУ (1989) и защиты кандидатской диссертации (1992) работает в группе профессора В. А. Бурова. Область научных интересов — обратные задачи рассеяния и излучения как в общетеоретическом плане, так и с точки зрения прикладных аспектов акустической линейной и нелинейной томографии, а также акустической термотомографии. Соавтор более 130 публикаций по данной тематике, а также трех патентов по разработке линейного и нелинейного ультразвуковых медицинских томографов. Совместно с В. А. Буровым получила премию Международной академической издательской компании «Наука/Интерпериодика» за лучший цикл публикаций в журналах РАН. На кафедре акустики читает спецкурс «Обратные волновые задачи акустики» и часть спецкурса «Теоретические основы акустики».

Страницы (пролистать)